摩擦壓力對銅基粉末冶金材料的影響范文

本站小編為你精心準備了摩擦壓力對銅基粉末冶金材料的影響參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《黃金科學技術》2016年06期

摩擦通常被看作是兩個物體間的相互作用，然而1984年，MGodet在潤滑摩擦理論的基礎上，引入了第三體的概念。第三體就是磨損形成的覆蓋在摩擦表面的磨屑，常被人們稱為摩擦膜堯表面膜或摩擦轉移膜等，這部分組織存在于兩個摩擦主體之間。因此，要認識和掌握摩擦學行為，不能忽略第三體的作用。在摩擦過程中，第三體并不是一成不變的，其組織特征堯運動狀態等都受到摩擦條件影響，進而影響材料摩擦磨損性能。表面第三體的形貌具有顆粒區和壓實區兩種特征。第三體的壓實區和顆粒區是處于一個不斷相互轉化的動態過程，這個轉化過程與摩擦學行為密切相關。

符蓉等針對Cu-SiO2燒結材料，分析第三體與SiO2硬質點的塞積－覆蓋－分解－再覆蓋循環，并認為SiO2的強度決定了第三體壓實區的存在周期。MEriksson[5]針對汽車用有機合成閘片，揭示了第三體以金屬纖維作為釘軋點和進行壓實-分解-再壓實的循環過程，并指出第三體演化與載荷有關。DMajcherczak等研究碳素鋼材料的摩擦第三體發現，第三體粒子在不規則表面的接觸點堆積引起局部接觸應力和溫度升高，壓實區承受較高的載荷導致破裂形成粒子。

上述研究使人們對于第三體形成過程有了一定了解，但研究工作仍局限于為數不多的摩擦材料和摩擦條件。銅基摩擦材料以其優良的摩擦性能在高速列車制動方面取得廣泛應用，但由于材料組元的多樣化和摩擦條件的復雜性，增加了認識第三體摩擦學行為的難度。鑒于此，本文針對銅基摩擦材料，研究了摩擦壓力的變化對摩擦表面第三體組織狀態的影響以及第三體狀態與摩擦磨損性能的關系，可為掌握高速列車制動條件下制動產品的摩擦磨損性能提供理論基礎。

1試驗材料與方法

采用粉末冶金工藝制備Cu-石墨-SiO2燒結材料，試驗材料由電解銅粉淵300目冤堯石墨和SiO2(20～60目)構成，三種組分的配比為石墨取10.0wt%，SiO2為6.0wt%，余量為銅。粉末經均勻混合，在壓制壓力600MPa條件下壓制成型，在鐘罩式燒結爐中加壓燒結，燒結壓力1.77MPa，燒結溫度820℃，保溫時間1.5h。制備的試樣尺寸為準17mm伊15mm。摩擦磨損試驗在銷盤式定速摩擦機上進行，對偶盤為H13，摩擦半徑150mm，速度范圍200～3000r/min，相當于線速度3.14～47.1m/s，摩擦壓力0.5～1.1MPa。表面形貌觀察采用OLYMPUS數碼成像顯微鏡。

2結果與分析

摩擦壓力對銅-石墨-二氧化硅材料摩擦系數的影響。可看出，隨摩擦壓力提高，摩擦系數呈現下降趨勢，當摩擦壓力超過0.7MPa時，隨摩擦壓力提高，摩擦系數變化不大，集中在0.4。這是由于在一定速度下，銅基摩擦材料摩擦系數滋與摩擦壓力P之間的關系。摩擦壓力對銅-石墨-二氧化硅材料磨損率的影響。可看出，隨摩擦壓力的增加，材料磨損率變化不多，平均值都低于0.2g/MJ。這可能是由于所研究的銅基材料中含有SiO2和石墨顆粒，SiO2顆粒起到強化表面強度的作用，而石墨顆粒具有潤滑效果，二者共同作用保證了材料良好的耐磨性。隨摩擦壓力的提高，一方面SiO2的破碎程度增加，另一方面破碎的SiO2顆粒存在再次嵌入材料表面的現象，這相當于增加了SiO2顆粒在表面的含量，起到了耐磨的作用。同時，石墨顆粒的破碎增加了潤滑作用，這些因素均是導致材料磨損率并沒有隨摩擦壓力增加而增加的原因。

兩種摩擦壓力條件下的摩擦表面截面形貌。可看出，在0.5MPa條件下，第三體對表層有良好的覆蓋，與基體結合處有細微裂紋存在曰摩擦壓力提高到0.9MPa時，第三體對表面覆蓋的不均勻程度增加，亞表層出現的裂紋深度和裂紋擴展程度增加，同時第三體層厚度略有增加。這表明，高的摩擦壓力加劇了對表面的破壞程度，形成的第三體不均勻程度增加，不均勻的第三體對表面的保護作用降摩擦壓力對摩擦表面溫度影響Fig.5Effectsoffrictionpressureonthetemperatureoffrictionsurface低，這又加劇了亞表層的損傷。因此，隨摩擦壓力的提高，摩擦表面的變形和破裂程度增加。摩擦壓力增加對表面的損傷作用在于加劇了表面的塑性變形和裂紋形成。實際上，材料表面微觀上是凸凹不平的，當兩表面接觸時，接觸點上的壓力非常高，導致材料在此區域發生塑性變形。然而，這些接觸點的面積和高度是不相同的，即這些塑性變形區的尺寸是不一樣的，這就直接導致了第三體的面積和厚度的不均勻。壓力增加，亞表層形成一個較厚的滑移層，大的塑性變形使得基體中薄弱部位優先發生裂紋的形核與擴展，當裂紋擴展到摩擦表面時，片狀磨屑將從表面斷裂脫出。

另外，增加摩擦壓力有利于提高第三體致密性，高的摩擦壓力促使第三體及亞表層中的裂紋擴展。在摩擦過程中，亞表層區沿著摩擦方向發生塑性流動，在剪切和壓應力的共同作用下，受熱軟化的亞表層材料形成一個較厚的滑移層，塑性變形的不斷累積使得基體中薄弱部位發生裂紋的形核與擴展。當裂紋的頭尾端擴展到摩擦表面時，一個大片狀磨屑將從表面斷裂脫出。當相對滑動速度一定時，提高壓力可使亞表層塑性變形區深度增加，同一深度處的塑性變形量也更大，裂紋在更深處萌生且易于擴展，亞表層更易發生嚴重的斷裂剝層，破壞了上面覆蓋的第三體層，產生大的片狀剝落，增加了第三體來源，有利于厚度提高。不同摩擦壓力條件下摩擦試樣溫度變化。可看出，在相同摩擦速度時，隨摩擦壓力的提高，摩擦表面溫度升高。這是因為摩擦壓力的增加會使材料表面摩擦功率增加，因此材料表面的溫度升高。摩擦壓力對摩擦表面溫度的影響也反映了摩擦表面第三體組織的變化，增加壓力使得材料塑性變形加劇，大顆粒的第三體被直接推出摩擦區域，脫落的第三體尺寸和數量增多，且此時摩擦表面溫度增加，易于第三體變形和粘著，使第三體致密。這類第三體尺寸較大，脫落后很難重新進入摩擦過程，這相當于減少了表面第三體的數量，這顯然不利于形成對摩擦表層的保護。

3結論

(1)隨摩擦壓力的提高，摩擦系數呈現下降趨勢，磨損率變化不明顯。這是由于壓力增加引起了SiO2和石墨的破碎，也起到了耐磨和潤滑的作用。

(2)摩擦壓力提高，有利于提高第三體致密性，原因在于摩擦壓力提高，摩擦表面溫度增加，易于第三體擠壓變形和粘著。

作者：韓曉明1袁何衛東2袁李曉陽1袁藤潁麗1 單位：1.大連交通大學，2.大連交通大學